Тема 2. 1: гидравлические характеристики потока.

Живое сечение w, м² – смоченное поперечное сечение потока;

Расход через живое сечение: Q, м³ /час (объемный расход);

массовый расход G, кг/час: G = Q r (2.1.1)

Средняя скорость потока, u, м/с (в данном живом сечении);

Скорость при движении жидкости в трубе может быть измерена с помощью динамической трубки (трубки Пито), установленной в одном сечении с пьезометром. Трубка имеет изогнутый конец, который установлен по нормали к оси потока навстречу движению. Разность показаний динамической и пьезометрической трубок представляет собой высоту, соответствующую максимальному скоростному напору:

h_с = u²_max /2g и (2.1.2)

Средняя скорость связана с максимальной соотношением:

(2.1.3)

где l - коэффициент гидравлического трения (см. тему «Гидравлические сопротивления»)

Смоченный периметр c, м – периметр живого сечения (без учета свободной поверхности);

Гидравлический радиус R, м: R = w /c (2.1.4)

С помощью гидравлического радиуса можно определить диаметр эквивалентного круглого сечения d_Э для живого сечения напорных и безнапорных потоков любой формы:

d_Э = 4R (2.1.5)

Для напорного движения в трубах круглого сечения диаметром d

d_Э = d (2.1.6)

Расход жидкости для данного потока определяется:

Q = w u (2.1.7)

При установившемся движении несжимаемой жидкости расход во всех живых сечениях данного потока есть величина неизменная:

Q₁ = Q₂ =… = Q_n – уравнение постоянства расхода (2.1.8)

(неразрывности струи)

С учетом (2.1.7) для двух сечений данного потока (1 и 2) можно записать:

w₁ u₁ = w₂ u₂ или (2.1.9)

Выбор расчетных зависимостей при решении задач гидродинамики зависит от характера (режима) движения жидкости.

Ламинарное движение - параллельными несмешивающимися слоями;

Турбулентное движение - с поперечным перемешиванием слоев и пульсацией скоростей и давлений.

Режим зависит от скорости движения и вязкости жидкости. Для данного потока режим определяется безразмерным

числом (критерием) Рейнольдса (2.1.10)

Для круглых труб (2.1.11)

Начало перехода ламинарного режима в турбулентный устанавливается по критическому числу Рейнольдса Re_КР » 2300.

При Re < Re_КР – режим ламинарный.

При Re > Re_КР – режим турбулентный

Между ламинарным и выраженным турбулентным режимом существует обширная переходная область: Re_КР » 2300 ¸ 13800.

Из (2.1.10) определяется скорость движения, соответствующая началу перехода ламинарного режима в турбулентный – критическая скорость:

(2.1.12)